Kälteerzeugung

In einer Welt, in der der technische Fortschritt und die Klimaerwärmung einen festen Platz haben, lohnt es sich Gedanken über die richtige Wahl der Klimatisierungsanlage zu machen.

So werden sich zukünftig die betrieblichen Kühllasten tendenziell erhöhen.

Klimaanlagen im konventionellen Sinne waren bisher in der Regel Absorptionskältemaschinen oder Kompressionskälteanlagen. Aber auch innovative Systeme wie solares Kühlen sind auf dem Vormarsch. Bei diesem System wird die Sonnenstrahlung zum Kühlen genutzt.

Im Bereich des Weinbaus gibt es neben variierenden Zieltemperaturen auch unterschiedliche, zu kühlende Medien. Zum Beispiel die Raumluft oder den Wein im Tank. Deshalb kann es sein, dass mehrere Kälteerzeuger zum Einsatz kommen müssen.

Grundätzlich gilt, eine intelligente Steuerung der Kühlung kann viel Strom sparen.

Auf dieser Seite werden grundsätzliche Arten der Kälteerzeugung vorgestellt.

Kompressionskältemaschine

Eine Kompressionskältemaschine besteht im Wesentlichen aus folgenden Bauteilen:

  • Verdampfer
  • Kondensator
  • Expansionsventil
  • Kältemittel
  • Kompressor

Der Verdampfer nimmt vom zu kühlenden Medium (In der Regel Luft oder Wasser) Wärme auf. Das darin enthaltene Kältemittel verdampft.

Das verdampfte Kältemittel wird mit einem Kompressor verdichtet und dabei auf ein höheres Temperatur- und Druckniveau gebracht.

Als Kompressoren kommen Kolbenkompressoren, Turbokompressoren, Schraubenverdichter, Rohrkolbenverdichter oder Drehkolbenverdichter zum Einsatz.

Im Kondensator wird das warme, unter hohem Druck stehende Kältemittel abgekühlt und dabei kondensiert. Die Wärme wird entweder an Luft oder Wasser weitergegeben. Das Expansionsventil entspannt das kondensierte Kältemittel auf ein niedrigeres Druckniveau. Das Kältemittel strömt in den Verdampfer, der Kreislauf kann von vorne beginnen

 

Auslegung der Leistung

Welche Leistung braucht meine Kältemaschine für die Kühlung von Weißwein?

Die Auslegung der Kältemaschine zum abführen der Gärwärme sollte am besten ein Kälte- und Klimatechnikexperte übernehmen. Grob kann jedoch von einer elektischen Leistung von 20 Watt pro hl ausgegangen werden.

Das heißt für beispielsweise 200.000 l werden ca. 40 kW benötigt.

Solares Kühlen

Der Begriff „solares Kühlen“ erscheint bei erstmaliger Betrachtung evtl. manchem Leser etwas suspekt.

Es ist jedoch so, dass ausgerechnet zu der Zeit, in der die Sonne am meistens scheint, auch der Kühlbedarf am höchsten ist.

Bei genauer Betrachtung der solaren Strahlung und der Spitzenzeit für Kühllasten am Mittag wird auffällig, das die auftretenden Kühllasten nicht zeitgleich mit der höchsten solaren Einstrahlung am Mittag stattfindet, sondern leicht verzögert. Das heißt, dass das Gebäude eine thermische Trägheit aufweist.

Wie funktioniert das Ganze?

Mit Hilfe von Photovoltaik Modulen wird mit lokal erzeugtem und verbrauchtem Strom eine Kältemaschine angetrieben.

Vorteile: Es wird keine fossile Energie zum Betrieb der Klimaanlage benötigt. Die Anlage wird zusätzlich an das Stromsystem angeschlossen, um auch außerhalb der Sommermonate produzierten, jedoch nicht zur Kühlung benötigten Strom ins lokale Stromnetz einzuspeisen.

Kühlturm

Aus der Industrie und der Kraftwerktstechnik ist das Prinzip bekannt.

Grundsätzlich wird das vom Verbraucher kommende warme Wasser im Kühlturm intensiv mit Luft in Berührung gebracht. Das Wasser wird hierbei mit Düsen versprüht und erfährt dadurch eine Oberflächenvergrößerung und verdunstet leichter. Die so entstehende Verdunstungskälte kann dann zur Kühlung genutzt werden.

Einfache Kühltürme können aus Edelstahl gebaut werden und sind einfach, preisgünstig und wartungsarm.

In Rheinhessen wurden bereits mehrere Kühltürme in Weingütern installiert. Hier kann viel Energie eingespart werden, wenn der erhitzte Rotmost zurückgekühlt werden muss.

Kühltürme sind jedoch nicht in der Lage Kältemaschinen vollständig zu ersetzen. Bei einem hohen Kühlbedarf, kann aber mit einem Kühlturm in Verbindung mit einer kleinen Kältemaschine gearbeitet werden und so lässt sich Geld sparen. So kostet beispielsweise ein 60 kW Kühlturm ca. 5200 €. Ein Kaltwassersatz mit gleicher Leistung kostet 11.900 €. Die Stromaufnahme ist auch sehr niedrig.

Kühltürme sollten nur verwendet werden, wenn keine extrem niedrigen Temperaturen nötig sind. Typische Anwendugen sind die Weißweinvergärung bei 20 °C oder das Rückkühlen von erhitzten Rotmosten.

Trockeneis

Neben den kontinuierlichen Kühlmethoden wird in der Weinbereitung auch auf Trockeneis zurückgegriffen. Trockeneis ist festes Kohlendioxid, das in der Regel in Form von Pellets gepresst verfügbar ist. Trockeneis sublimiert bei Erwärmung direkt vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand, wodurch dem umliegenden Material Sublimationsenergie entzogen wird. Dadurch wird der Most oder die Maische gekühlt und gasförmiges Kohlendioxid entweicht in den Raum. Neben dem Vorteil der Flexibilität in der Kühlleistung hat der Einsatz von Trockeneis jedoch auch einige Nachteile. Trockeneis sublimiert bei etwa -78°C, wodurch es bei Kontakt mit der Haut und den Augen zu schweren Kälteverbrennungen kommen kann. Kann eine mit Trockeneis gekühlte Maische nicht ausreichen gemischt werden, kommt es lokal zu extrem niedrigen Temperaturen und zur Zerstörung von Zellgewebe. Außerdem ist Trockeneis verglichen mit anderen Kühltechniken verhältnismäßig energieaufwändig und sollte daher nur für außergewöhnliche Zwecke eingesetzt werden, während der restliche Kühlbedarf mit Kompressionskältemaschinen erzeugt wird.